1

Cơ sở dữ liệu nâng cao

Toàn vẹn và cơ sở dữ liệu active

Đỗ Thanh Nghị

dtnghi@cit.ctu.edu.vn

Cần Thơ

11-10-2016

2

Toàn vẹn và cơ sở dữ liệu active

Mục tiêu điều khiển toàn vẹn ngữ nghĩa

đưa khái niệm trigger

cài đặt trong mô hình quan hệ

minh họa với SQL3

Toàn vẹn ngữ nghĩa

4

Định nghĩa

Toàn vẹn ngữ nghĩa dữ liệu phải hợp lệ và nhất quán

sự hợp lệ và nhất quán được định nghĩa với sự trợ giúp ràng buộc toàn vẹn

Ràng buộc toàn vẹn luật được định nghĩa bởi người thiết kế CSDL

cho phép định nghĩa tính hợp lệ của dữ liệu

phải được hệ thống kiếm soát

CSDL phải luôn thỏa tập các ràng buộc

5

Vấn đề

Định nghĩa ràng buộc ngôn ngữ định nghĩa ràng buộc

tích hợp vào SQL, mở rộng

khi nào, làm sao định nghĩa ràng buộc?

nhiều cách tiếp cận khác

Kiểm chứng các ràng buộc khi nào?

làm sao kiểm chứng?

giải thuật nào?

Các thể thức ràng buộc toàn vẹn

7

Thể thức

Ràng buộc cấu trúc đặc thù cho một mô hình dữ liệu

Ràng buộc về xử lý sự tiến hóa dữ liệu

Ràng buộc phụ thuộc phụ thuộc hàm, bao hàm, đa trị

Khẳng định tổng quát luật quản lý và/hoặc biểu thức số học

8

Ràng buộc cấu trúc

Ràng buộc cấu trúc đặc thù cho mô hình dữ liệu

trình bày các đặc tính cơ bản của mô hình

Mô hình quan hệ khóa duy nhất

không rỗng

phụ thuộc tham chiếu

ràng buộc miền

9

Ràng buộc cấu trúc của mô hình quan hệ

Khóa duy nhất một hay nhóm thuộc tính được định nghĩa là khóa của

quan hệ phải có tính duy nhất

thuộc tính NoAp của quan hệ Appartment xác định một và chỉ một mẫu tin của quan hệ

Không rỗng thuộc tính không nhận giá trị rỗng

thuộc tính NoAp của quan hệ Appartment không nhận giá trị rỗng

10

Ràng buộc cấu trúc của mô hình quan hệ

Phụ thuộc tham chiếu sự phụ thuộc giữa những giá trị của thuộc tính (nhóm

thuộc tính) của một quan hệ với những giá trị của thuộc tính (nhóm thuộc tính) của một quan hệ khác

thuộc tính NoAp của quan hệ Room tham chiếu đến thuộc tính NoAp của quan hệ Appartment

Ràng buộc miền thuộc tính của một quan hệ chỉ nhận giá trị thuộc miền

giá trị

thuộc tính Name của quan hệ Room có thể nhận giá trị nằm thuộc {phòng ngủ, phòng khách, phòng ăn, bếp, phòng tắm, văn phòng}

11

Ràng buộc về xử lý

Theo thời gian đặc tả sự tiến hóa dữ liệu khi cập nhật

lương của nhân viên không thể giảm, giá trị mới phải lớn hơn giá trị củ

Tập hợp đặc tả luật để kiểm soát tập hợp dữ liệu

lương trung bình không thể nhỏ hơn 15 000$

12

Ràng buộc phụ thuộc

Phụ thuộc hàm đặc tả mối liên hệ tồn tại giữa 2 hay những nhóm thuộc

tính, tổng quát hóa một khóa

code postal xác định thành phố

Phụ thuộc bao hàm đặc tả những giá trị của một thuộc tính được bao hàm

trong tập hợp giá trị của thuộc tính khác

Phụ thuộc đa trị hệ quả của sự giới hạn đơn trị

đặc tả phụ thuộc của một thuộc tính đến thuộc tính thứ hai và độc lập với thuộc tính thứ 3

Định nghĩa ràng buộc

14

Định nghĩa ràng buộc

Khi nào định nghĩa ràng buộc? thời điểm tạo CSDL

bằng cách lệnh của ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu

Làm sao định nghĩa ràng buộc? bằng các từ khóa cho từng ràng buộc

NOT NULL, PRIMARY KEY, UNIQUE, …

với những khẳng định

SQL92: CREATE ASSERTION

15

Bảo toàn những ràng buộc

Định nghĩa định dạng cho các ràng buộc trình bày thông tin đặc tả ràng buộc

quan hệ, kiểu ràng buộc...

Lưu trữ ràng buộc trong các metadata

CSDL mô tả CSDL khác và các lược đồ quan hệ

tổ chức, chỉ mục ràng buộc

tăng tốc quá trình tìm kiếm ràng buộc

16

Giải pháp thương mại

Chuẩn SQL: SQL92 đề xuất cho các kiểu ràng buộc khác nhau

NOT NULL, UNIQUE, CHECK, CONSTRAINT, ASSERTION, PRIMARY, KEY, REFERENCES

Trong những hệ thống cài đặt gần như SQL92

sử dụng những luật, thủ tục và triggers

sử dụng các view

17

Ràng buộc toàn vẹn trong Oracle

Sử dụng các lệnh định nghĩa quan hệ mệnh đề CONSTRAINT trong lệnh CREATE TABLE và

ALTER TABLE

Ràng buộc không rỗng : NOT NULL

duy nhất : UNIQUE

khóa : PRIMARY KEY

ràng buộc miền : CONSTRAINT CHECK

ràng buộc tham chiếu : REFERENCES

18

Ví dụ 1

CREATE TABLE student (

no integer NOT NULL PRIMARY KEY,

lname char(20),

fname char(20),

addr char(40),

type char(15)

CONSTRAINT check_type

CHECK (type in ('graduated', 'undergraduated')));

19

Chú ý

Diễn đạt ràng buộc không rỗng

NOT NULL

khóa

PRIMARY KEY

miền

CONSTRAINT và CHECK

check cho phép diễn đạt những điều kiện trên những thuộc

tính của một quan hệ

20

Ví dụ 2

CREATE TABLE inscription ((no integer

CONSTRAINT fk_no REFERENCES student(no)

ON DELETE CASCADE,

nc integer

CONSTRAINT fk_nc REFERENCES course(nc),

dateins date );

21

Chú ý

Ràng buộc tham chiếu : CONSTRAINT REFERENCES

tham chiếu COURSE và INSCRIPTION

tham chiếu STUDENT và INSCRIPTION

Xóa cascade ON DELETE CASCADE : khi xóa mẫu tin của STUDENT,

những đăng ký của sinh viên này cũng bị xóa theo

22

SQL và định nghĩa ràng buộc

Tạo các quan hệ có thể định nghĩa một số ràng buộc

ràng buộc cấu trúc

Thay đổi lược đồ quan hệ có thể thay đổi ràng buộc

thêm, xóa, thay đổi ràng buộc

Ràng buộc khác cần sử dụng cơ chế khác

Triggers

Toàn vẹn ngữ nghĩaKiểm soát ràng buộc

24

Vấn đề

Khi nào kiểm tra ràng buộc? trước, trong khi hay sau cập nhật?

bắt đầu hay kết thúc giao dịch?

Làm thế nào để kiểm chứng ràng buộc? trên toàn bộ CSDL?

mất thời gian, chi phí cao

trên tập con CSDL?

làm sao để xác định?

Chi phí? phức tạp của một số kiểm chứng

thời gian thực thi kiểm chứng

25

Khi nào kiểm chứng?

Khi chèn, xóa, thay đổi mẫu tin tất cả ràng buộc của quan hệ liên quan đến sự cập nhật

phải được kiểm chứng

cập nhật không thỏa ràng buộc bị bỏ

Sự cần thiết mỗi lần cập nhật

tìm tất cả các ràng buộc

kiểm chứng mỗi ràng buộc

26

Khi nào kiểm chứng?

Phụ thuộc vào kiểu ràng buộc ràng buộc miền

khi thao tác chèn, thay đổi, xóa

ràng buộc tham chiếu

có thể kiểm tra vào cuối giao dịch

Phụ thuộc vào thứ tự thao tác kiểm chứng cuối giao dịch

ràng buộc tham chiếu

trình tự sau phép chèn

quá khó, chi phí cao

thường không khả thi

27

Làm sao kiểm chứng?

Kiểm chứng tập các mẫu tin tương ứng với một ràng buộc toàn bộ CSDL

tập con của CSDL

Tập mẫu tin thao tác và kiểm chứng phải được tối thiểu hóa xác định tập con của CSDL liên quan đến việc cập nhật

có thể tùy thuộc vào kiểu ràng buộc khác nhau

Tiếp cận phát hiện

xét đoán

28

Phát hiện

Nguyên lý mọi cập nhật m được thực hiện;

trạng thái của CSDL D được thay đổi thành Dm

nếu Dm được phát hiện không nhất quán, ta có thể phục hồi lại trạng thái D

Khó khăn tập các mẫu tin cần kiểm chứng có thể là toàn bộ CSDL

cần thực hiện lại giao dịch khi phát hiện sự thiếu nhất quán dữ liệu

29

Xét đoán

Nguyên lý một thay đổi m chỉ được thực hiện nếu trạng thái CSDL

kết quả đảm bảo nhất quán

Khái niệm kiểm tra trước tìm một điều kiện dễ kiểm chứng trước

tối thiểu số mẫu tin cần kiểm chứng

Giả thiết bắt đầu giao dịch, CSDL nhất quán

tất cả ràng buộc được kiểm chứng

kết thúc giao dịch, CSDL phải nhất quán

30

Tiếp cận bằng quan hệ khác biệt

Một thay đổi quan hệ R mẫu tin chèn vào R+

mẫu tin bị xóa R-

Kiểm chứng cập nhật kết hợp phép hội và trừ

R= (R UNION R+) DIFFERENCE R-

Ý tưởng định nghĩa những kiểm tra trên R+ và R-

cực tiểu số lần kiểm chứng

cần phân tích ràng buộc

31

Ví dụ

Ràng buộc tham chiếu Student-Inscription kiểm tra trước Inscription+

Inscription+.No=Student.No

kiểm tra trước Inscription-

kiểm tra trước Student+

kiểm tra trước Student-

COUNT (Inscription.No WHERE Inscription.No=Student-.No)=0

CSDL active

33

Mục tiêu

Giới thiệu về sự tích cực trong CSDL bắt sự kiện (event)

định nghĩa phép toán kích hoạt

Tích hợp cơ chế điều khiển cung cấp cơ chế sử dụng để giải quyết các vấn đề khác

nhau

cho phép tăng thao tác điều khiển và định nghĩa các thao tác điều khiển mới

34

Thực hiện

Định nghĩa trigger là luật dạng

nếu <sự kiện (event)> thì <hành động (action)>

khi sự kiện xãy ra thì hệ thống kích hoạt hành động

Cơ chế trigger cho phép định nghĩa các « daemon »

kích hoạt và điều khiển thực thi các « daemon »

đảm nhận thực thi tốt tập các hành động

35

Hoạt động trong CSDL

Trong ứng dụng mô hình hóa sự tích cực

cho phép tự động hóa một số hành động và phép toán

ví dụ : quản lý giao dịch chứng khoán

nếu quantity of stock < value

thì generate a new command

36

Hoạt động trong CSDL

Trong hệ thống quản lý sự toàn vẹn

quản lý view cụ thể

cải tiến hiệu quả

ví dụ

trường hợp cập nhật một quan hệ, kích hoạt cập nhật view tương ứng

37

Những hệ thống trigger

Vấn đề trình bày trigger

mô hình thực thi tập các triggers

Nhiều trình bày có thể của một trigger mô hình EA : Event ==> Action

mô hình ECA :

khi Event nếu <Condition> thì <Action>

mô hình khác : tập luật

38

Event, condition, action

Sự kiện sự kiện ngoài hay trong

phép chèn trong một quan hệ

thời điểm cho trước

tham số của sự kiện

quan hệ có liên quan, thời điểm

ngữ cảnh của sự kiện

dữ liệu cần thiết cho đánh giá luật

Kiểu sự kiện đơn giản

phức hợp

39

Event, condition, action

Điều kiện diễn đạt trên những dữ liệu của CSDL

tùy chọn

Hành động mã thực thi khi điều kiện được thỏa mãn

những thao tác trên CSDL (truy vấn SQL)

thao tác giao dịch (kiểm chứng, từ bỏ)

40

Mô hình thực thi

Khi nào hệ thống kích hoạt trigger? trước sự kiện

BEFORE

sau sự kiện

AFTER

diễn ra sự kiện

INSTEAD

Kích hoạt hành động trigger như thế nào? chỉ một lần trên các dữ liệu liên quan

STATEMENT

từng mẫu tin một

ROW

41

Mô hình thực thi

Kích hoạt tập hợp triggers làm sao hệ thống quản lý tập hợp triggers và sự kích

hoạt?

nếu sự kiện kích hoạt nhiều triggers, thực thi tất cả các triggers? theo thứ tự ưu tiên?

xếp gối lên nhau của các ngữ cảnh thực thi

Kích hoạt một cách đệ quy kích hoạt một trigger có thể kích hoạt tập triggers khác

làm sao kết thúc?

giới hạn độ sâu

42

Triggers và HQTCSDL quan hệ

Đề nghị trong SQL 3 lệnh tạo trigger

CREATE TRIGGER

định nghĩa biến về ngữ cảnh

OLD/NEW

những hành động: truy vấn SQL trừ

lệnh thực hiện kết nối (connection)

lệnh định nghĩa lược đồ

Triggers trong Oracle

44

Triggers trong Oracle

Tương thích chuẩn SQL3

Định nghĩa bộ ba (E, C, A): event, condition, action

Cung cấp khả năng tốt nhất để kiểm chứng ràng buộc

Cho phép giới thiệu sự năng động

Sử dụng ngôn ngữ PL/SQL

45

Cú pháp

CREATE [OR REPLACE] TRIGGER [schema.]trigger

{BEFORE | AFTER}

{DELETE | INSERT | UPDATE [OF column [, column] ...]}

[OR {DELETE | INSERT | UPDATE [OF column [, column] ...]}] ...

ON [schema.]table

[ [REFERENCING { OLD [AS] old [NEW [AS] new]

| NEW [AS] new [OLD [AS] old] } ]

FOR EACH ROW

[WHEN (condition)] ]

pl/sql_block

46

Hành động

Ngôn ngữ PL/SQL ngôn ngữ thủ tục

SQL và ngôn ngữ lập trình (giới hạn)

cho phép sử dụng cấu trúc điều khiển

IF-THEN-ELSE, LOOP

cho phép khai báo biến

sử dụng để định nghĩa triggers và thủ tục

47

Hành động

Khối lệnh PL/SQLDECLARE

khai báo biến

BEGIN

lệnh …

END.

RUN;

48

Ví dụ

Toàn vẹn tham chiếu giữa Inscription và Student

tạo trigger thực hiện kiểm chứng toàn vẹn tham chiếu khi chèn vào quan hệ Inscription

Sự kiện chèn vào Inscription

Hành động kiểm tra xem bảng Student, tham khảo có tồn tại trong

bảng Student

49

Ví dụ

CREATE TRIGGER verifstudent

BEFORE INSERT ON inscription

FOR EACH ROW

DECLARE

present integer;

BEGIN

select count(no) into present

from student where no=:new.no;

if present < 0

then raise_application_error(-1, ‘no student');

end if;

END.

RUN;

50